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Mar 07, 2023

Transistores eletroquímicos verticais para wearables

Uma equipe de pesquisa transdisciplinar da Northwestern University desenvolveu um

Uma equipe de pesquisa transdisciplinar da Northwestern University desenvolveu um transistor para bioeletrônica leve, flexível e de alto desempenho. O transistor eletroquímico é compatível com sangue e água e pode amplificar sinais importantes, tornando-o especialmente útil para detecção biomédica. Esse transistor poderia habilitar dispositivos vestíveis para processamento de sinal no local, diretamente na interface do dispositivo de biologia. As aplicações potenciais incluem a medição dos batimentos cardíacos e dos níveis de sódio e potássio no sangue, bem como o movimento dos olhos para estudar distúrbios do sono.

"Todos os eletrônicos modernos usam transistores, que rapidamente ligam e desligam a corrente", diz Tobin J. Marks, co-autor correspondente do estudo e professor Vladimir N. Ipatieff de química catalítica no Weinberg College of Arts and Sciences e professor de ciência e engenharia de materiais e engenharia química e biológica na McCormick School of Engineering. "Aqui usamos a química para aprimorar a comutação. Nosso transistor eletroquímico leva o desempenho a um nível totalmente novo. Você tem todas as propriedades de um transistor convencional, mas transcondutância muito maior (uma medida da amplificação que pode fornecer), ciclagem ultraestável de as propriedades de comutação, um tamanho pequeno que pode permitir integração de alta densidade e fabricação fácil e de baixo custo."

O transistor eletroquímico vertical é baseado em um novo tipo de polímero eletrônico e em uma arquitetura vertical, em vez de planar. Ele conduz eletricidade e íons e é estável no ar. O projeto e a síntese de novos materiais e a fabricação e caracterização do transistor exigiram a experiência colaborativa de químicos, cientistas de materiais e engenheiros biomédicos.

Marks liderou a equipe de pesquisa junto com Antonio Facchetti, professor pesquisador de química em Weinberg; Wei Huang, agora professor da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China; e Jonathan Rivnay, professor de engenharia biomédica na McCormick School.

"Este novo tipo de transistor nos permite falar a linguagem de ambos os sistemas biológicos, que muitas vezes se comunicam por meio de sinalização iônica, e sistemas eletrônicos, que se comunicam com elétrons", diz Rivnay. "A capacidade dos transistores de funcionar de forma muito eficiente como condutores mistos os torna atraentes para diagnósticos e terapias bioeletrônicas".

"Com sua arquitetura vertical, nossos transistores eletroquímicos podem ser empilhados uns sobre os outros", diz Facchetti. "Assim, podemos fazer circuitos complementares eletroquímicos muito densos, o que é impossível para os transistores eletroquímicos planares convencionais."

Para fazer circuitos eletrônicos mais confiáveis ​​e poderosos, são necessários dois tipos de transistores: transistores do tipo p que carregam cargas positivas e transistores do tipo n que carregam cargas negativas. Esses tipos de circuitos são chamados de circuitos complementares. O desafio que os pesquisadores enfrentaram no passado é que os transistores do tipo n são difíceis de construir e normalmente são instáveis.

Este é o primeiro trabalho a demonstrar transistores eletroquímicos com desempenho similar e muito alto para transistores eletroquímicos de ambos os tipos (p+n). Isso resultou na fabricação de circuitos complementares eletroquímicos muito eficientes.

Universidade Northwestern https://www.northwestern.edu

Sobre o estudo: O estudo, publicado na revista Nature, tem como título "Transistores eletroquímicos orgânicos verticais para circuitos complementares". Huang, Jianhua Chen e Yao Yao são co-primeiros autores

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